機蓋內板一種降本工藝方案分析

吳雄偉，楊 建，李釗文，謝國文，覃顯峰，尤彬波

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434）

1 引言

隨著汽車行業的發展，各車企對汽車制造成本從單件到總成的管控越來越精細化。沖壓件作為白車身的重要組成部分，有效的降低沖壓件成本，對降低整車制造成本效果十分顯著。

因此，行業內也掀起一股研究沖壓件降本的潮流。余敏等研究了側圍外板工序優化降本方案[1]；林通等研究了優化材料牌號的降本方案[2]；馮芬艷等研究了沖壓件原材料降本優化方案[3]。

本文以某車型機蓋內板為研究對象，排布工藝方案，基于Autoform分析軟件，構建工藝模型，仿真分析對比多種工藝方案，并實物驗證可行的降本模型。

2 工藝排布

機蓋內板結構簡單，內部側壁角度較大，成形性較好。如圖1所示。

圖1 機蓋內板詳細結構圖

為了減少廢料刀的使用，降低切削加工過程產生的鐵粉量，工藝方案制定為4工序沖壓。

詳細工藝可排布為：①OP10：拉伸→②OP20:修邊+側修邊+沖孔→③OP30：修邊+側修邊+沖孔+側沖孔→④OP40：修邊+整形+沖孔，如圖2所示。

圖2 詳細工藝方案排布圖

基于品質需求，后工序內容基本一致。本文重點論述拉伸工序工藝方案對降本的影響。

機蓋內板拉伸工藝方案有3種：

（1）方案1：閉口拉伸方案。

按照以往生產經驗，機蓋外板常采用常規閉口拉伸工藝方案。3D工藝模面，如圖3所示，影響成本關鍵點（即影響材料利用率關鍵點）為圓圈處所示位置。詳細截面圖如圖4所示。

圖3 閉口拉伸工藝模面

圖4 閉口拉伸關鍵點截面

（2）方案2：開口拉伸方案。

為提升材料利用率，降低生產成本，控制影響材料利用率關鍵點的材料尺寸，基于閉口拉伸工藝方案基礎進行工藝模面優化，調整邊界工藝補充，得出開口工藝模面如圖5所示，詳細截面如圖6所示。

圖5 開口拉伸工藝模面

圖6 閉口拉伸關鍵點截面

閉口拉伸及開口拉伸根本區別在于，影響率用率關鍵節點位置，制件成形是否包圍后端工藝補充面。

（3）方案3：浮動壓板拉伸方案。

與常規工藝思路不同，為最大化的優化關鍵點材料流動，保證制件成形性。影響材料關鍵點區域增加上壓板，采用氮氣缸做壓力源，減小坯料尺寸，加大進料阻力，控制材料流動，從而降低材料成本。工藝面如圖7所示，截面如圖8所示。

圖7 浮動壓板拉伸工藝模面

圖8 浮動壓板拉伸關鍵點截面

3 模型搭建

依據上述方案分析，分別搭建機蓋內板3種不同拉伸工藝方案,導入Autoform軟件，創建CAE分析模型，工具體分別如圖9、圖10及圖11所示。

圖9 閉口仿真工藝模型

圖10 開閉口仿真工藝模型

圖11 浮動壓板拉伸仿真工藝模型

為保證統一基準比較，分析材料統一采用GC270F鋼板[4]，制件重6.18kg，詳細材料曲線如圖12所示。

圖12 GC270材料曲線圖

網格劃分及詳細參數設置如圖13所示。

圖13 Autoform網格參數設置圖

完成模型創建及網格劃分設置后，提交計算，完成仿真分析。

方案1采用梯形料，雙筋。坯料尺寸為：1,780×1,185mm；材料利用率約為：59.5%。成形后，前端幾乎不進料，后端關鍵點位置進料約35mm，左右側最大進料約10mm，整體拉伸較為充分，坯料及成形云圖如圖14所示。

圖14 方案1坯料及成形FLD圖

方案2采用梯形料，雙筋。坯料尺寸為：1,780×1,140mm；材料利用率約為：61.9%

成形后前端幾乎不進料，后端關鍵點位置進料約20mm,左右側最大進料約17mm,局部制件區域拉伸不充分，有增厚及尺寸精度不良趨勢。坯料及成形云圖如圖15所示。

圖15 方案1坯料及成形FLD圖

方案3采用方料，單筋。坯料尺寸為：1,710×1,130mm；材料利用率為：62.6%。

成形后前端幾乎不進料，后端關鍵點位置進料約7mm,左右側最大進料約19mm。整體拉伸較為充分，拉伸狀態與方案1基本一致，坯料及成形云圖如圖16所示。

圖16 方案1坯料及成形FLD圖

4 浮壓結構及實物驗證

從工藝及CAE仿真綜合看，方案3浮動壓板工藝，成形性及材料利用率是最優解。

4.1 模具結構

當前浮動壓板工藝應用較少，生產穩定性需進一步驗證。基于穩定性需求，開發模具進行生產驗證。

方案3比方案1和方案2需多增加上模40t氮氣缸壓力源，以最大氮氣缸10t每個計算，需增加4個氮氣缸。模具結構如圖17所示。

4.2 沖壓調試

以CAE仿真工藝生產參數為參考，設定壓機基準壓力140t參數進行調試取件。因左右端筋條阻力過小，材料流入與CAE分析有約10mm左右偏差。前后端關鍵區進料與CAE分析基本一致，后端中部流料多。最終板料尺寸為1,730×1,130mm，實際率用率為61.9%。

壓邊力上浮10%，即155T沖壓取件，制件成形性較穩定，無開裂起皺。

取件狀態如圖18所示。

圖17 浮動壓板拉伸模結構

圖18 現場調試制件圖

4.3 品質檢測

為了進一步驗證制件尺寸精度，沖孔切邊完成后，制件貼模進行自由狀態下藍光掃描，并輸出掃描結果與數模對比回彈偏差云圖。如圖19、圖20所示。

圖19 實物貼模掃描圖

從圖20可以看出，關鍵區域及制件內部大面回彈基準在±0.5mm之內。左右側最大回彈約2mm左右，后端中間位置最大回彈約2mm左右。與常規方案首次取樣狀態基本一致，后續通過型面研磨，增加筋條阻力調試，及局部型面補償可以較好的解決該問題點，制件生產穩定性較好。

圖20 制件藍光掃描云圖

5 結論

本文通過對比分析某車型機蓋內板幾種不同工藝方案，結合CAE仿真及生產驗證得出結論如下：

（1）浮動壓板工藝方案有效提升材料率用率，降低每車生產成本約3.6元。

在保證制件成形性及品質的情況下，采用浮動壓板工藝，比常規工藝方案材料率用率提升約3%，成本每車節約約3.8元。

采用該工藝增加4個氮氣缸制件及維修總費用約8萬，40萬產能計算每車成本增加約0.2元。

（2）仿真分析板料尺寸與實際生產有一定偏差。

因首輪調試，板料流入與實際仿真分析有偏差，導致坯料尺寸與實際分析有一定偏差，但在可調試的范圍內，通過后期調試可解決該問題。